CN112103928B - 消弧逆变器控制方法、控制设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种消弧逆变器控制方法、控制设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：当确认三相电网发生单相接地故障时，获取消弧逆变器输出电压的目标幅值和目标相位指令；调整消弧逆变器的输出电压为目标幅值和目标相位，且所述调整所述消弧逆变器的输出电压为目标相位包括：根据三相电网的三相电压的相序和目标相位指令，并在确认需要进行相位切换时，根据三相电网当前的相序以及所述目标相位计算相位切换角度；在所述消弧逆变器的输出电压的每一周期过零点处按照预设步长对输出电压的相位调整一次，一个周期内调整达到所述相位切换角度。本发明实施例在消弧过程中自动切换跟踪源信号，大大减少了相序切换时间，提高了响应速度。

Description

消弧逆变器控制方法、控制设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及接地故障消弧领域，更具体地说，涉及一种消弧逆变器的控制方法、控制设备及计算机可读存储介质。

背景技术

配电网的安全、稳定、可靠运行，是保障国民经济发展的基础，在社会生活中有着重要的地位，供电可靠性问题大多起源于单相接地故障。配电网规模扩大使接地故障电流增加，故障电弧无法自然熄灭，间歇电弧产生的过电压往往会使事故扩大，显著降低电力系统运行可靠性。

在使用三相输入单相输出型逆变器结合消弧线圈进行接地故障点消弧时，跟踪目标需在不同相序之间进行切换，常用的控制方法为对跟踪源进行切换，即首先计算出要切换的目标跟踪源相位，然后再根据跟踪源当前相位对输出电压进行锁相跟踪控制。上述方法在每个工频周期仅有一次跟踪电压与给定电压的相位差值计算，因此在不同相序间切换时，存在调节时间长、响应速度慢的缺点。

然而，对于三相输入单相输出型逆变器，跟踪目标在不同相序之间切换的切换时间很短，若不加以控制，会导致电压突变，导致较大的冲击电流和谐波，对变压器、消弧线圈等元件会产生较大危害。

发明内容

本发明实施例提供一种消弧逆变器控制方法、控制设备及计算机可读存储介质，旨在解决上述三相输入单相输出型逆变器在消弧处理过程中存在的输出电压在不同相序间切换时，调节时间长和响应速度慢的问题。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种消弧逆变器控制方法，用于通过消弧逆变器及消弧线圈实现电网单相接地故障点消弧，所述消弧逆变器为三相输入单相输出型逆变器，所述方法包括：

当确认三相电网发生单相接地故障时，获取所述消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令，所述消弧线圈在所述消弧逆变器输出所述目标幅值指令对应的目标幅值和所述目标相位指令对应的目标相位的电压时输出用以熄灭接地故障点的接地电弧的补偿电流；

调整所述消弧逆变器的输出电压为目标幅值和目标相位，且所述调整所述消弧逆变器的输出电压为目标相位包括：

根据所述三相电网的三相电压的相序和目标相位指令，判断是否需要进行相位切换；

在确认需要进行相位切换时，根据所述三相电网当前的相序以及所述目标相位指令对应的目标相位计算相位切换角度；

在所述消弧逆变器的输出电压相位在每一周期过零点时按照预设步长对输出电压的相位调整一次，使所述消弧逆变器的输出电压相位在一个周期后调整到位。

优选地，所述根据所述三相电网的三相电压的相序和目标相位指令，判断是否进行相位切换，包括：

获取所述三相电网的当前电压矢量角，并根据所述当前电压矢量角获得当前采样时间点的电压相序，并实时记录当前的跟踪相位和接收将要跟踪的相位指令；

在当前跟踪相位和将要跟踪的相位不同时，确认需要进行相位切换。

优选地，所述在所述消弧逆变器的输出电压相位在每一周期过零点按照预设步长对输出电压的相位调整一次，包括：在所述消弧逆变器的输出电压的每一过零点将所述输出电压的相位调整预设角度。

优选地，根据所述三相电网当前的相序以及所述目标相位指令对应的目标相位计算相位切换角度，包括：

在上一采样时间点的电压相序反向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用反向切换标志计算相位切换角度，其中，所述反向切换为所述电压相序按照A-C、C-B、B-A的顺序切换，且所述反向切换标识Dir＝-1，所述相位切换角度α＝Dir×β，所述β为三相相角差120度；

在上一采样时间点的电压相序正向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用正向切换标志计算相位切换角度，其中，所述正向切换为所述电压相序按照A-B、B-C、C-A的顺序切换，且所述正向切换标志Dir＝1，所述相位切换角度为α＝Dir×β。

优选地，调整所述消弧逆变器的输出电压为目标幅值，包括：调整所述消弧逆变器的给定电压为目标幅值，并根据所述给定电压进行电压-电流的闭环控制，以使所述消弧逆变器的输出电压的幅值调整为所述目标幅值。

优选地，所述方法包括：

采样所述三相电网的中性点的电压，并将所述中性点的电压与预设门槛电压进行比较；

在所述中性点的电压大于所述预设门槛电压时，确认所述三相电网发生单相接地故障。

优选地，所述获取所述消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令，包括：

检测所述三相电网的分布电容值；

根据所述分布电容值，计算所述消弧线圈用以熄灭接地故障点的接地电弧的电感电流值；

根据所述电感电流值或者通过实时通讯方式，获得所述输出电压的目标幅值指令和目标相位指令。

优选地，所述三相电网的三相电压的相序通过以下步骤获取：

对所述三相电网的三相电压进行克拉克变换获得电网电压矢量角；

根据所述电网矢量角与三相电压之间的相位关系获得所述三相电压的相序。

本发明实施例还提供一种消弧逆变器控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的消弧逆变器控制方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的消弧逆变器控制方法的步骤。

本发明实施例的消弧逆变器控制方法、控制设备及计算机可读存储介质具有以下有益效果：通过根据三相电网中的三相电压的相序和目标相位指令快速计算出相位切换角度进行跟踪，无需切换跟踪源信号，大大减少了相序切换时间，提高了响应速度快。本发明实施例在消弧逆变器跟踪相序在三相电压的任意两相之间切换时，根据各相电压之间的关系，每次调节角度范围不超过120°，保证了角度变化范围最小，减小了相位调节时间。并且为了避免相序跟踪切换过程中存在较大的冲击电流及谐波，消弧逆变器选择在输出电压的过零点位置对跟踪相位做出调整，具有输出电压畸变率低、冲击电流小的特点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的消弧逆变器控制方法的流程示意图；

图2本发明实施例提供的消弧逆变器控制方法中获得相位切换角度的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的消弧逆变器控制方法中获得相位切换的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的消弧逆变器控制方法中获得相位切换时序的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的消弧逆变器的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。

本发明所提出的消弧逆变器控制方法用于在三相电网出现单相接地故障时，由三相输入单相输出型逆变器根据接收的命令信号，通过调整输出电压的幅值和跟踪相序，来改变消弧线圈(该消弧线圈作为消弧逆变器的输出负载)的电感电流，补偿三相电网的对地电容电流，限制接地故障电流的大小，使接地故障电流小于规定值，从而熄灭发生接地故障点电流引起的接地电弧。

如图1所示，是本发明实施例提供的消弧逆变器控制方法的流程示意图，该方法用于通过消弧逆变器及消弧线圈实现电网单相接地故障点消弧，上述消弧逆变器为三相输入单相输出型逆变器，且该消弧逆变器的输出端连接消弧线圈。具体地，本实施例的方法可集成到消弧逆变器(此时，消弧逆变器与三相电网连接)，或者该方法也可由一个连接到消弧逆变器的控制装置执行(该控制装置与三相电网连接)，且该方法包括：

步骤S11：当确认三相电网发生单相接地故障时，迅速获取消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令。消弧线圈在消弧逆变器输出目标幅值指令对应的目标幅值和目标相位指令对应的目标相位的电压时，输出补偿电流，补偿电网的对地电容电流，限制接地故障点泄露的电流的大小，使接地故障点泄露的电流小于安全值，从而熄灭接地故障点泄露电流引起的接地电弧。

具体地，可通过以下方式确认三相电网是否发生单相接地故障：采样三相电网的中性点的电压，并将该中性点的电压与预设门槛电压进行比较；在中性点的电压大于预设门槛电压时，确认三相电网发生单相接地故障。上述采样中性点的电压的方式，以及预设门槛电压的具体值为本领域的习知技术，在此不再赘述。

该步骤中可通过以下方式获取消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令：当检测到中性点的位移电压符合单相接地故障的条件，立即启动三相电网的分布电容值的测量，然后根据测量得到的分布电容值，计算单相接地故障发生后消弧线圈进行完全补偿所需的电感电流值，即消弧线圈用以熄灭接地故障点的接地电弧的电感电流值，最后根据上述电感电流值或者通过实施通讯方式从消弧检测设备获得消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令，从而通过控制消弧逆变器的输出电压为上述目标幅值和目标相位，就可以将消弧线圈中电流幅值和相位调节到用以熄灭接地故障点的接地电弧。

步骤S12：步骤S11中获得的目标幅值指令和目标相位指令可通过命令方式发送到消弧逆变器，从而消弧逆变器可调整其输出电压为目标幅值和目标相位，即消弧逆变器向消弧线圈的输出目标幅值和目标相位的电压，使消弧线圈的电感电流发生变化，补偿电网的对地电容电流，熄灭发生接地故障点的泄露电流引起的接地电弧。

在上述步骤S12中，可通过以下方式调整消弧逆变器的输出电压为目标幅值：调整消弧逆变器的给定电压为目标幅值，并根据给定电压进行电压-电流的闭环控制，以使消弧逆变器的输出电压的幅值调整为所述目标幅值。通过闭环方式调整电压幅值是本领域的习知技术，在此不再赘述。

结合图2所示，可通过以下方式调整消弧逆变器的输出电压为目标相位：

步骤S121：获取三相电网的三相电压的相序。该步骤按照固定的周期执行，例如可按照控制器的指令执行周期。

具体地，可通过以下步骤获取三相电网的三相电压的相序：采样三相电网的三相电压，并对上述三相电压进行克拉克(CLACK)变换得到电网电压矢量角，再根据坐标变换关系求取电网电压矢量角与三相电压之间的相位关系，即三相电压的相序。结合图4所示，以正序A/B/C三相电压为例，若电网矢量角和A相电压相角一致，则确认三相电压的相序为正序，否则确认三相电压为反序。

三相电网的电压相序的获取方式属于本领域的习知技术，可以理解地，本领域技术人员可使用其他方式进行电压相序计算，在此不再赘述。

步骤S122：判断是否需要进行相位切换，并在需要进行相位切换时执行步骤S123，否则返回步骤S121，继续采样下一周期的三相电压的相序。

步骤S123：在确认需要进行相位切换时，根据三相电网当前的相序以及目标相位指令对应的目标相位计算相位切换角度。

在该步骤中，可通过以下方式计算相位切换角度：

结合图4所示，在上一采样时间点的电压相序反向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用反向切换标志计算相位切换角度，其中，反向切换为电压相序按照A-C、C-B、B-A的顺序切换，此时反向切换标识Dir＝-1，相应的相位切换角度α＝Dir×β，其中β为三相相角差120度；

在上一采样时间点的电压相序正向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用正向切换标志计算相位切换角度，其中，正向切换为电压相序按照A-B、B-C、C-A的顺序切换，且正向切换标志Dir＝1，相应的地相位切换角度为α＝Dir×β。

为保证在不同相序之间进行切换满足响应快速、切换时间短的要求，相序切换最大变换角度为120°，例如上一采样时间点的相序为A相电压，当前时间采样点的相序为C相电压，由于切换顺序为A-C，则Dir＝-1，即取α＝Dir×120°＝-120°。上一采样时间点的相序为A相电压，当前时间采样点的相序为B相电压，由于切换顺序为A-B，则Dir＝1，逆变器目标跟踪相位为α＝Dir×120°＝120°。

步骤S124：在消弧逆变器的输出电压的每一周期过零点是按照预设步长对输出电压的相位调整一次，使所述消弧逆变器的输出电压相位在一个周期后调整到位，即每一个周期调整上述步骤S123计算获得的相位切换角度。

在相序进行切换时，可遵循不同相序间切换时冲击电流尽可能小的原则，具体地，可首先根据相序切换命令计算出目标跟踪相位角度α(即步骤S123中的相位切换角度)，根据目标跟踪相位角度在输出电压的过零点位置对相位作出调整，每次的相位调整角度记为δ，直到相位调整角度累加值与目标相位角度α相等时，即完成相序切换，其中每次中断位置变化角度可根据实际要求作出调整。以A-C相序切换为例分析，首先可计算出逆变器目标跟踪相位为-120°，即逆变器在当前相位的基础上切换到目标相位需要调整-120°，选取每次输出电压过零点的相位调整角度记为δ＝60°，当检测到输出电压在过零点位置，在原相位的基础上每次调整60°，则在2次过零点后累加到最终的相序调整角度120°，完成相序跟踪切换，若输入为周波，最长20ms即可完成切换。

结合图3所示，具体可根据以下方式判断是否进行相位切换：

步骤S125：获取所述三相电网的当前电压矢量角，并根据当前电压矢量角获得当前采样时间点的电压相序，以及实时记录当前的跟踪相位和接收将要跟踪的相位指令。

步骤S126：判断当前跟踪相位和将要跟踪的相位(与将要跟踪的相位指令对应)是否相同，并在当前跟踪相位和将要跟踪的相位不同时，执行步骤S127，否则返回步骤S125。

在该步骤中，需在对当前采样时间点的电压相序，从而在下一采样时间点时用于相序比较。

步骤S127：确认需要进行相位切换。

本发明实施例还提供一种消弧逆变器控制设备5，如图5所示，消弧逆变器控制设备5具体可为电源设备等，且该消弧逆变器控制设备5包括存储器51和处理器52，存储器51中存储有可在处理器52执行的计算机程序，且所述处理器52执行所述计算机程序时实现如上所述消弧逆变器控制方法的步骤。本实施例中的消弧逆变器控制设备5与上述图1-4对应实施例中的消弧逆变器控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述消弧逆变器控制方法的步骤。

本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1-4对应实施例中的消弧逆变器控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的消弧逆变器控制方法及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的消弧逆变器控制设备实施例仅仅是示意性的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种消弧逆变器控制方法，用于通过消弧逆变器及消弧线圈实现电网单相接地故障点消弧，所述消弧逆变器为三相输入单相输出型逆变器，其特征在于，所述方法包括：

当确认三相电网发生单相接地故障时，获取所述消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令，所述消弧线圈在所述消弧逆变器输出所述目标幅值指令对应的目标幅值和所述目标相位指令对应的目标相位的电压时输出用以熄灭接地故障点的接地电弧的补偿电流；

调整所述消弧逆变器的输出电压为目标幅值和目标相位，且所述调整所述消弧逆变器的输出电压为目标相位包括：

根据所述三相电网的三相电压的相序和目标相位指令，判断是否需要进行相位切换；

在确认需要进行相位切换时，根据所述三相电网当前的相序以及所述目标相位指令对应的目标相位计算相位切换角度；

在所述消弧逆变器的输出电压相位在每一周期过零点时按照预设步长对输出电压的相位调整一次，使所述消弧逆变器的输出电压相位在一个周期后调整到位；

根据所述三相电网的三相电压的相序和目标相位指令，判断是否需要进行相位切换，包括：

获取所述三相电网的当前电压矢量角，并根据所述当前电压矢量角获得当前采样时间点的电压相序，以及实时记录当前的跟踪相位和接收将要跟踪的相位指令；

在当前跟踪相位和将要跟踪的相位不同时，确认需要进行相位切换；

根据所述三相电网当前的相序以及所述目标相位指令对应的目标相位计算相位切换角度，包括：

在上一采样时间点的电压相序反向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用反向切换标志计算相位切换角度，其中，所述反向切换为所述电压相序按照A-C、C-B、B-A的顺序切换，且所述反向切换标识Dir＝-1，所述相位切换角度α＝Dir×β，所述β为三相相角差120度；

在上一采样时间点的电压相序正向切换至当前采样时间点的电压相序时，使用正向切换标志计算相位切换角度，其中，所述正向切换为所述电压相序按照A-B、B-C、C-A的顺序切换，且所述正向切换标志Dir＝1。

2.根据权利要求1所述的消弧逆变器控制方法，其特征在于，在所述消弧逆变器的输出电压相位在每一周期过零点按照预设步长对输出电压的相位调整一次，包括：在所述消弧逆变器的输出电压的每一过零点将所述输出电压的相位调整到预设角度。

3.根据权利要求1所述的消弧逆变器控制方法，其特征在于，调整所述消弧逆变器的输出电压为目标幅值，包括：调整所述消弧逆变器的给定电压为目标幅值，并根据所述给定电压进行电压-电流的闭环控制，以使所述消弧逆变器的输出电压的幅值调整为所述目标幅值。

4.根据权利要求1所述的消弧逆变器控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采样所述三相电网的中性点的电压，并将所述中性点的电压与预设门槛电压进行比较；

在所述中性点的电压大于所述预设门槛电压时，确认所述三相电网发生单相接地故障。

5.根据权利要求1所述的消弧逆变器控制方法，其特征在于，所述获取所述消弧逆变器的输出电压的目标幅值指令和目标相位指令，包括：

检测所述三相电网的分布电容值；

根据所述分布电容值，计算所述消弧线圈用以熄灭接地故障点的接地电弧的电感电流值；

根据所述电感电流值或者通过实时通讯方式，获得所述输出电压的目标幅值指令和目标相位指令。

6.根据权利要求1所述的消弧逆变器控制方法，其特征在于，所述三相电网的三相电压的相序通过以下步骤获取：

对所述三相电网的三相电压进行克拉克变换获得电网电压矢量角；

根据所述电网电压矢量角与三相电压之间的相位关系获得所述三相电压的相序。

7.一种消弧逆变器控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的消弧逆变器控制方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的消弧逆变器控制方法的步骤。

Images